(57)【要約】【課題】表面保護膜を形成している装置部品の劣化を早期に発見することによりパーティクルの発生を未然に防止するとともに、交換費用を低減し、装置稼動率を向上させたドライエッチング装置を提供する。【解決手段】ガス拡散板６の劣化を検出するために、ビューポート１７の出力側に、新たにガス拡散板６の母材であるアルミニウムの発光スペクトルを検出する分光器２２と、分光器２２の発光スペクトル強度を電圧に変換する処理部２３と、処理部２３の出力を所定の値と比較して装置部品の劣化を検出する劣化検出部２４と、劣化検出部２４の出力に応じて装置部品の交換を表示する表示部２５を備えている。【選択図】  図１
2005019763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内に所定間隔を隔てて対向して配置された上部電極と下部電極を備え、前記上部電極より反応ガスを処理室内に導入し、両電極間にプラズマを発生させて被エッチング膜を処理するドライエッチング装置において、表面保護膜を形成している装置部品の母材が前記プラズマによりエッチングされる際に発生する発光スペクトル強度を検出することにより、前記装置部品の劣化の有無を検出する検出手段を備えたことを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項２】
前記検出手段が、エッチング処理中のプラズマ光を観察する観察手段と、前記プラズマ光から特定波長の発光スペクトルを取り出す分光手段と、前記分光手段からの発光スペクトルの強度を電圧に変換する処理手段と、前記処理手段の出力を所定の値と比較して装置部品の劣化を検出する劣化検出手段と、前記劣化検出手段の出力に応じて装置部品の交換を表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のドライエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空の処理室内に反応ガスのプラズマを用いて半導体ウェーハ（以下、ウェーハと言う）をエッチングするドライエッチング装置に関し、特に、装置部品の劣化の有無を正確に判定できる機能を有するドライエッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の製造工程では、ウェーハの表面に形成された所定膜を除去するために反応ガスのプラズマを利用したドライエッチング装置が用いられる。このようなドライエッチング装置は、真空チャンバ内を高真空にした後、反応ガスを導入し、真空チャンバ内に対向して設けられたウェーハを載置する下部電極と上部電極間に高周波電圧を印加し、両電極間にプラズマを発生させ、ガスプラズマ中のイオン衝撃による物理的反応と活性ガスによる化学反応によって被エッチング膜をエッチングするように構成されている。
【０００３】
さらに、エッチング精度を高めて微細なパターンを形成するために、エッチングの終点を精度よく検出する機能が備わっている。このようなエッチングの終点判定方法は、真空チャンバ側壁部に設けた観察窓（以下、ビューポートという）を通して、プラズマの発光スペクトルの強度変化を観測して、所望の膜厚のエッチング処理が終了したことを判断するものである。
【０００４】
このような技術は、例えば、特開平３−１５０７２３号公報に開示されている。図３は従来のドライエッチング装置の構成を示す断面図である。従来のドライエッチング装置３１は、ウェーハ３２をエッチング処理する真空チャンバ３３と、ウェーハ３２を吸着保持する下部電極３４と、ウェーハ３２上方に配置される上部電極３５と、反応ガスをウェーハ３２に均一に導くために上部電極３５に設けたガス拡散板３６を備えている。また、下部電極３４には、整合器３７を介して高周波電源３８が接続され、上部電極３５は接地されている。さらに、真空チャンバ３３の上部のガス供給管３９には、反応ガスを供給するために、流量制御バルブ４０を介してガス供給源４１が接続され、真空チャンバ３３の下部のガス排気管４２には、反応ガスを排気するために、圧力制御バルブ４３を介してターボモレキュラーポンプ、メカニカルブースターポンプ、ロータリーポンプ等の真空ポンプ４４が接続されている。また、真空チャンバ３３の側壁部には、反応ガスが付着するのを防止するためのデポシールド４５が、取外し自在に設けられている。
【０００５】
さらに、真空チャンバ３３の側壁部には反応中のプラズマ光４６を観測するための石英ガラスからなるビューポート４７と、ビューポート４７から特定ガスの発光スペクトルを検出する分光器４８と、分光器４８の発光スペクトル強度を電圧に変換する処理部４９と、処理部４９の出力を所定の値と比較してエッチングの終点を検出する終点検出部５０と、終点検出部５０の出力に応じてエッチング処理を終了させる信号を出力する制御部５１を備えている。また、ビューポート４７の表面には図示しない温調手段が設けられ、エッチング中に反応生成物がビューポート４７の表面に付着して、プラズマ光４６の透過率が低下するのを防止している。
【０００６】
次に、従来のドライエッチング装置３１の動作を説明する。先ず、真空チャンバ３３内の下部電極３４上にウェーハ３２を載置する。次に、圧力制御バルブ４３を開き、真空ポンプ４４を作動させて、真空チャンバ３３内を真空排気する。そして、真空チャンバ３３内の圧力が所定の圧力に達したら、流量制御バルブ４０を開き、ガス供給源４１から所定流量の反応ガスを真空チャンバ３３内に供給する。続いて、高周波電源３８から高周波電力（１３．５６ＭＨｚ等）を整合器３７により、インピーダンス制御しながら下部電極３４に供給し、所定のエッチング処理を行なう。
【０００７】
そして、反応ガスによりウェーハ３２上に形成された被エッチング膜がエッチングされ、ガス化された際に発生するプラズマ光４６をビューポート４７を介して分光器４８に導く。分光器４８ではプラズマ光４６から特定波長の発光スペクトルを検出し、処理部４９にて発光スペクトル強度を電圧に変換した後、その出力を終点検出部５０に送る。終点検出部５０では処理部４９の出力を所定の値と比較する。エッチング処理が進行し、処理部４９の出力が所定の値に達すると、制御部５１より高周波電源３８、流量制御バルブ４０、圧力制御バルブ４３に対して停止信号を出力し、エッチング処理を終了する。
【０００８】
【特許文献１】
特開平３−５０７２３号公報（第２頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したドライエッチング装置３１には、以下のような問題があった。
【００１０】
エッチング処理中は、被エッチング膜のみならず、装置部品もプラズマに晒されるため、装置部品の母材がエッチングされて発塵の原因となる。これを防止するために、装置部品の表面には保護膜が形成され、プラズマに対する耐食性を上げる工夫がなされている。この装置部品には、例えばガス拡散板３６があり、母材がアルミニウム、表面保護膜がアルマイト（Ａｌ２Ｏ３）で構成されている。
【００１１】
しかし、プラズマ処理を長時間続けていくと、表面保護膜であるアルマイトが徐々にエッチングされて、母材であるアルミニウムが露出する。アルミニウムは反応性が高いため、反応ガスに含まれるフッ素や塩素と容易に反応してフッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）を主成分としたパーティクルが発生し、ウェーハ３２に付着してパターンの異常形成や配線の短絡等の原因になり、製品歩留りを大きく低下させる。
【００１２】
このため、表面保護膜がなくなり、ガス拡散板３６が劣化したと判定されたら速やかに交換する必要がある。従来は、ウェーハ３２の処理枚数や放電時間を積算管理し、所定の処理枚数、放電時間を超えたらガス拡散板３６を交換するようにしていた。しかし、近年の半導体製品の生産形態は、過去のＤＲＡＭ生産にみられるような同一プロセスの大量生産ではなく、個別プロセスの多品種生産に変化している。そのため、ドライエッチングの条件が一定ではなく、ＲＦパワー、反応ガスの種類、圧力等が異なるため、必然的に装置部品の劣化速度も異なり、従来のようなウェーハ３２の処理枚数や放電時間による管理では、装置部品の劣化の有無を正確に判定することができない。
【００１３】
そのため、品質維持の対応として、ある程度のマージンを考慮し、早めの交換を行なっていたので、交換のために多大な費用が発生したり、交換作業毎に装置を一定時間停止させることになり稼動率を低下させるという問題があった。
【００１４】
本発明は、上記問題点を解決するために考えられたもので、表面保護膜を形成している装置部品の劣化を早期に発見することによりパーティクルの発生を未然に防止するとともに、交換費用を低減し、装置稼動率を向上させたドライエッチング装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載のドライエッチング装置は、チャンバ内に所定間隔を隔てて対向して配置された上部電極と下部電極を備え、前記上部電極より反応ガスを処理室内に導入し、両電極間にプラズマを発生させて被エッチング膜を処理するドライエッチング装置であって、表面保護膜を形成している装置部品の母材が前記プラズマによりエッチングされる際に発生する発光スペクトル強度を検出することにより、前記装置部品の劣化の有無を検出する検出手段を備えたことを特徴とする。この構成によれば、装置部品の母材の発光スペクトル強度を測定することにより、装置部品における表面保護膜の消耗具合を監視することができる。これにより、装置部品の劣化の有無を正確に判定することができる。その結果、装置部品からのパーティクルの発生を未然に防止でき、製品歩留りを大きく向上させることができる。さらに、装置部品の交換費用を低減でき、装置稼動率も向上できる。
【００１６】
また、請求項２記載のドライエッチング装置は、請求項１記載のドライエッチング装置であって、前記検出手段が、エッチング処理中のプラズマ光を観測する観察手段と、前記プラズマ光から特定波長の発光スペクトルを取り出す分光手段と、前記分光手段からの発光スペクトル強度を電圧に変換する処理手段と、前記処理手段の出力を所定の値と比較して装置部品の劣化を検出する劣化検出手段と、前記劣化検出手段の出力に応じて装置部品の交換を表示する表示手段を備えたことを特徴とする。この構成によれば、装置部品の母材の発光スペクトル強度を予め定めた所定の値と比較することにより、装置部品における表面保護膜の消耗具合を監視することができる。これにより、ドライエッチングの条件であるＲＦパワー、反応ガスの種類、圧力等が異なる場合でも、装置部品の劣化の有無を正確に判定することができる。その結果、装置部品からのパーティクルの発生を未然に防止でき、製品歩留りを大きく向上させることができる。さらに、装置部品の交換費用を低減でき、装置稼動率も向上できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は本発明のドライエッチング装置の構成を示す断面図である。本発明のドライエッチング装置１は、ウェーハ２をエッチング処理する真空チャンバ３と、ウェーハ２を吸着保持する下部電極４と、ウェーハ２上方に配置される上部電極５と、反応ガスを半導体ウェーハ２に均一に導くために上部電極５に設けたガス拡散板６を備えている。また、下部電極４には、整合器７を介して高周波電源８が接続され、上部電極５は接地されている。さらに、真空チャンバ３の上部のガス供給管９には、反応ガスを供給するために、流量制御バルブ１０を介してガス供給源１１が接続され、真空チャンバ３の下部のガス排気管１２には、反応ガスを排気するために、圧力制御バルブ１３を介してターボモレキュラーポンプ、メカニカルブースターポンプ、ロータリーポンプ等の真空ポンプ１４が接続されている。また、真空チャンバ３の側壁部には、反応ガスが付着するのを防止するためのデポシールド１５が、取外し自在に設けられている。
【００１８】
また、真空チャンバ３の側壁部には反応中のプラズマ光１６を観測するための石英ガラスからなるビューポート１７と、ビューポート１７から特定ガスの発光スペクトルを検出する分光器１８と、分光器１８の発光スペクトル強度を電圧に変換する処理部１９と、処理部１９の出力を所定の値と比較してエッチングの終点を検出する終点検出部２０と、終点検出部２０の出力に応じてエッチング処理を終了させる信号を出力する制御部２１を備えている。
【００１９】
さらに、本発明のドライエッチング装置１では、装置部品の一つであるガス拡散板６の劣化を検出するために、ビューポート１７の出力側に、新たにガス拡散板６の母材であるアルミニウムの発光スペクトルを検出する分光器２２と、分光器２２の発光スペクトル強度を電圧に変換する処理部２３と、処理部２３の出力を所定の値と比較して装置部品の劣化を検出する劣化検出部２４と、劣化検出部２４の出力に応じて装置部品の交換を表示する表示部２５を備えている。
【００２０】
次に、本発明のドライエッチング装置１の動作を説明する。先ず、真空チャンバ３内の下部電極４上にウェーハ２を載置する。次に、圧力制御バルブ１３を開き、真空ポンプ１４を作動させて、真空チャンバ３内を真空排気する。そして、真空チャンバ３内の圧力が所定の圧力に達したら、流量制御バルブ１０を開き、ガス供給源１１から所定流量の反応ガスを真空チャンバ３内に供給する。続いて、高周波電源８から高周波電力（１３．５６ＭＨｚ等）を整合器７により、インピーダンス制御しながら下部電極４に供給し、所定のエッチング処理を行なう。
【００２１】
そして、反応ガスによりウェーハ２上に形成された被エッチング膜がエッチングされ、ガス化された際に発生するプラズマ光１６をビューポート１７を介して分光器１８に導く。分光器１８ではプラズマ光１６から特定波長の発光スペクトルを検出し、処理部１９にて発光スペクトル強度を電圧に変換した後、その出力を終点検出部２０に送る。終点検出部２０では処理部１９の出力を所定の値と比較し、エッチング処理の進行状況を監視する。
【００２２】
本発明では、エッチング処理の進行状況を監視すると同時に、新たに設けた分光器２２により、プラズマ光１６からガス拡散板６の母材であるアルミニウムの発光スペクトル（３９６ｎｍ）を検出し、処理部２３にて発光スペクトル強度を電圧に変換した後、その出力を劣化検出部２４に送る。劣化検出部２４にて、処理部２３の出力を所定の値と比較することにより、ガス拡散板６の劣化状況を監視する。
【００２３】
図２は、ガス拡散板６の母材であるアルミニウムの発光スペクトル強度Ｉとウェーハの処理枚数Ｐとの関係を示す図である。処理枚数ＰがＰ１に達するまでは、ガス拡散板６の表面がアルマイトで覆われているので、アルミニウムの発光スペクトル強度Ｉは低いレベルＩ１で安定している。しかし、エッチング処理が進み、処理枚数ＰがＰ１を超えると、ガス拡散板６の表面のアルマイトが徐々にエッチングされ、母材のアルミニウムが露出するため、アルミニウムが直接プラズマ１６に晒される。その結果、アルミニウムの発光スペクトル強度Ｉが急激に大きくなる。
【００２４】
アルマイトのエッチングが進み、アルミニウムの発光スペクトルＩが、予め設定したレベルＩ２に達したとき、劣化検出部２４にてガス拡散板６の劣化を検出し、表示部２５にてガス拡散板６の交換を表示する。次に、真空チャンバ３内を大気圧に戻し、劣化したガス拡散板６を取り外して新規のガス拡散板と交換する。その後、新しいウェーハを投入し、真空チャンバ３内を真空引きして、再びエッチング処理を行なう。
【００２５】
本発明のドライエッチング装置では、同一のビューポート１６を通して、ウェーハ２上に形成された被エッチング膜の発光スペクトルを監視すると同時に、ガス拡散板６を構成するアルミニウムの発光スペクトルを監視するようにしたので、エッチング処理の終点判定と、ガス拡散板６の劣化判定を同時に行なうことができる。これにより、ガス拡散板６が劣化したと判定されたら直ちに交換することができ、ガス拡散板６からのパーティクルの発生を未然に防止し、製品歩留りを向上させることができる。また、従来のように、ある程度のマージンを考慮した早めの交換を行なう必要がなくなり、交換にかかる費用を削減できるとともに、装置の稼動率も向上できる。また、一つののビューポート１７により終点検出と劣化検出を同時に行なうことができるので、ドライエッチング装置を改造する必要がなく、コストメリットもある。
【００２６】
なお、本実施例では、装置部品の一つとしてガス拡散板６の劣化を判定する場合について説明したが、表面保護膜を形成している装置部品であれば良く、例えばデポシールド１５等の劣化診断にも利用できる。
【００２７】
また、装置部品の母材はアルミニウムの他にステンレス等でも良く、コート材はアルマイトの他にフッ素樹脂等でも良い。母材の種類に合わせて分光器２１を適宜変更することにより、様々な波長の発光スペクトルの検出が可能になる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のドライエッチング装置によれば、エッチング処理中に被エッチング膜の発光スペクトル強度を測定してエッチングの終点を検出すると同時に、装置部品の母材の発光スペクトル強度を検出してその強度変化から、装置部品の劣化の有無を早期に判定できるようにした。これにより、装置部品がエッチングされることによって発生するパーティクルを未然に防止することができる。その結果、製品におけるパターンの異常形成や配線の短絡等の問題が解消され、製品の信頼性や歩留りを大きく向上させることができる。
【００２９】
また、装置部品の交換時期を正確に判断することができ、交換にかかる費用削減や装置の稼動率向上にも大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のドライエッチング装置の構成を示す断面図
【図２】アルミニウムの発光スペクトル強度とウェーハの処理枚数との関係を示す図
【図３】従来のドライエッチング装置の構成を示す断面図
【符号の説明】
１  本発明のドライエッチング装置
２  ウェーハ
３  真空チャンバ
４  下部電極
５  上部電極
６  ガス拡散板
７  整合器
８  高周波電源
９  ガス供給管
１０  流量制御バルブ
１１  ガス供給源
１２  ガス排気管
１３  圧力制御バルブ
１４  真空ポンプ
１５  デポシールド
１６  プラズマ光
１７  ビューポート
１８  分光器
１９  処理部
２０  終点検出部
２１  制御部
２２  分光器
２３  処理部
２４  劣化検出部
２５  表示部
３１  従来のドライエッチング装置
３２  ウェーハ
３３  真空チャンバ
３４  下部電極
３５  上部電極
３６  ガス拡散板
３７  整合器
３８  高周波電源
３９  ガス供給管
４０  流量制御バルブ
４１  ガス供給源
４２  ガス排気管
４３  圧力制御バルブ
４４  真空ポンプ
４５  デポシールド
４６  プラズマ光
４７  ビューポート
４８  分光器
４９  処理部
５０  終点検出部
５１  制御部
【図１】
2005019763.tif 000003
【図２】
2005019763.tif 000004
【図３】
2005019763.tif 000005